旋转机械不平衡故障的诊断与特征分析

旋转机械在运行过程中，由于材料内部组织不均匀、制造误差、部件磨损或异物附着等原因，常出现转子质量分布不均匀的现象，即转子不平衡。
不平衡是导致设备振动异常、噪声增大甚至部件损坏的最常见故障之一。准确识别不平衡的类型与特征，对于设备状态监测与故障诊断具有重要意义。
转子不平衡的成因
当转子的质量中心与轴线中心无法完全重合时，便会产生质量不平衡，进而导致一系列问题。

 
转子不平衡的表现形式
（1）静不平衡
两段的重心G1、G2处于转子的同一侧，且在同一轴向截面内。
静止时转子重心G受地心引力的作用，转子不能在任一位置保持稳定，这种情况称为静不平衡。
 
振动特征：
振动最大方向为径向，无明显轴向振动；
主要频率成分为1倍频。
相位特征：
转子两端轴承同一方向的振动相位差接近0°
（2）偶不平衡
两段的重心G1、G2处于同一轴向截面内转子的两侧。
若G1r=G2r，则转子处于静平衡状态。但转动时，其离心力形成一个力偶，转子产生振动，这种情况称为偶不平衡。
 
振动特征：
振动最大方向为径向；
主要频率成分为1倍频。
相位特征：
转子两端轴承同一方向的振动相位差接近180°。
（3）动不平衡
两段的重心G1、G2不在同一轴向截面内，这种情况既存在静不平衡，又存在动不平衡，称此情况为动不平衡。
 
同时存在静不平衡和偶不平衡的情况，是工业现场最普遍的类型。绝大多数旋转机械，如风机、水泵、电机等所发生的不平衡故障，均属于动不平衡。
振动特征：
径向振动（特别是1倍频）非常突出，可能因力偶作用伴随轻微轴向振动；
频谱中以1倍频为主，可能伴有轻微谐波；
振动幅值稳定，且与转速的平方成正比。

转子不平衡实验
实验目的
(1) 掌握转子不平衡故障的物理成因及其对设备运行的影响。
(2) 学习在实验台上如何模拟不同类型的不平衡量。
(3) 熟悉加速度传感器、数据采集仪和振动分析软件的使用。
(4) 学会通过频谱、时域波形、相位分析等手段识别不平衡故障的典型特征。
(5) 将理论知识与实验数据结合，做出正确的诊断结论。
实验装置
HZXT-008转子轴承综合故障模拟实验台（带不平衡质量块及安装盘）
电涡流传感器、加速度传感器、数据采集器（含采集软件）
不同质量的不平衡试重块

 
实验步骤
准备工作：
检查实验台各连接部件是否牢固。
启动实验台，在平衡状态（未加试重块）下，采集一组基准数据（包括转速、各测点的频谱、时域波形和相位）。这是后续对比分析的基准。
模拟静不平衡实验：
在转子同一半径的单个平面上安装一个特定质量的不平衡试重块。
启动实验台至额定转速（如1200 rpm）。
待运行稳定后，采集所有测点的振动数据（频谱、时域波形、相位）。
模拟动不平衡/混合不平衡：
在转子不同平面（如两端）安装不平衡试重块，模拟力偶效应。
同样在额定转速下采集所有测点的振动数据。
结束工作：
实验结束后，卸下所有不平衡试重块，恢复转子平衡状态。
关闭所有设备电源。